PROCESO DE ENDULZAMIENTO DEL GAS NATURAL
Contenido INTRODUCCION...........................................................................................1 IDENTIFICACION IDENTIFICACION Y SELECCIÓN DEL PROCESO............................................. PROCESO.............................................2 2 Tipos de Po!esos Po!esos de End"#$%&iento........... End"#$%&iento............................... ........................................... ......................... 2 Po!esos Po!esos de A'so!i(n A'so!i(n de #os )%ses *!idos..............................................+ *!idos..............................................+ Po!esos Po!esos !on So#,entes -"&i!os................................. -"&i!os............................................................ ........................... / Po!esos Po!esos !on So#,entes Fsi!os............................... Fsi!os................................................................ ................................. / Po!esos Po!esos !on so#,entes 0'idos o Mitos................................................ Mitos................................................ Po!esos Po!esos de Con,esi(n Die!t%....................................... Die!t%............................................................... ........................ M%##%s Mo#e!"#%es................. Mo#e!"#%es..................................... ........................................ .............................................. ..........................3 3 Me&'%n%s..............................................................................................3 Se#e!!i(n de# Po!eso de End"#$%&iento............................ End"#$%&iento............................................ ..................... .....3 3 Popied%des Popied%des de #%s A&in%s............................ A&in%s....................................................................... ............................................. ..4 4 Popied%des Popied%des 5"&i!%s de #%s A&in%s6...................................................4 A&in%s6...................................................4 Popied%des Popied%des Fsi!%s de L%s A&in%s6.......................... A&in%s6.............................................. ..........................17 ......17 Se#e!!i(n de A&in%s............................. A&in%s................................................. .................................................... ................................ 11 Tipos de A&in%s 5"e 5"e se "ti#i$%n en en #% %'so!i(n %'so!i(n de )%ses )%ses *!idos6... *!idos6.. . ..11 .. 11 Monoet%no#%&in% Monoet%no#%&in% 8MEA96......................... 8MEA96............................................. .............................................. .......................... 12 Diet%no#%&in% Diet%no#%&in% 8DEA96................................... 8DEA96................................................................. ......................................... ........... 12 Diisopop%no#%&in% Diisopop%no#%&in% 8DIPA..................... 8DIPA........................................ ....................................... .............................. ..........1+ 1+ ADIP 8Diisopop%no#%&in 8Diisopop%no#%&in% % %!ti,%d%96........................... %!ti,%d%96............................................... .......................... ......1+ 1+ Meti#diet%no#%&in% Meti#diet%no#%&in% 8MDEA96..................... 8MDEA96..................................................... ............................................. ............. 1+ Meti#diet%no#%&in% Meti#diet%no#%&in% %!ti,%d% 8A:MDEA.................. 8A:MDEA................................................... ................................. 1+ L% &onoet%no#%&in% &onoet%no#%&in% 8MEA9........................................... 8MEA9...................................................................... ........................... 1; DESCRIPCION DEL PROCESO............................... PROCESO.................................................. ......................................21 ...................21 Des!ip!i(n Des!ip!i(n Lite%#........................... Lite%#............................................... ..................................................... ................................... 21 Descripción del proceso de una planta de endulzamiento con aminas .................21
Pin!ip%#es e5"ipos 5"e !on
..............................................................................2 El absorbedor o contactor ..............................................................................2 Tanque de venteoo ¨flashtank ¨ ......................................................................23
Intercambiador de Calor Amina ica!Amina "obre# ...........................................2= Torre Torre e$eneradora o Despo%adora# ...............................................................2; &omba de la Solución "obre#.........................................................................24 Enfriador de la Solución "obre# ......................................................................24
Di%)%&% en >#o5"es........................... >#o5"es.............................................. ....................................... .................................. .............. +1 Di%)%&% de ?"@os................................ ?"@os.................................................... ........................................ ................................ ............ +1 CONSIDERACIONES CONSIDERACIONES DE DISEO............................. DISEO................................................. ....................................+2 ................+2 A>SORCION............ A>SORCION................................ ........................................ ........................................ ........................................... ....................... +2 EBPANSION...............................................................................................+3 INTERCAM>IO INTERCAM>IO DE CALOR...................... CALOR.......................................... ........................................ ................................. .............+3 +3 DESORCION................. DESORCION..................................... ........................................ ....................................... ...................................... ................... +3 CALENTAMIENTO CALENTAMIENTO DE LA AMINA............................... AMINA........................................................... ............................... ...+3 +3 FILTRA FILTRADO DO DE LA AMINA............................ AMINA................................................ ........................................ .......................... ...... +; >OM>EO DE LA L A AMINA............................................... AMINA........................................................................... ............................ +; ENFRIAMIENTO ENFRIAMIENTO DEL GAS ACIDO............................. ACIDO................................................. ................................ ............ +; ASPECTOS ECONOMICOS................................. ECONOMICOS.......................................................................... ......................................... +4 CONCLUSIONES CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...... RECOMENDACIONES.......................... ........................................ .........................../+ ......./+ >i'#io)%<%................... >i'#io)%<%...................................... ....................................... ........................................ ...................................... .................. //
INTRODUCCION El proc proces eso o de endu endulz lzam amie ient nto o del del $as $as natu natura rall tien tiene e como como ob%e ob%etitivo vo la eliminación de los componentes 'cidos del $as natural( en especial el Sulfuro de )idr )idró$ ó$en eno o *)+S *)+S,, - Dió. Dió.id ido o de Carb Carbon ono o *C/+ *C/+,# ,# Aunqu unque( e( otro otross comp compon onent entes es 'cid 'cidos os como como lo son son el Sulf Sulfur uro o de Carb Carbon onilillo lo *C/S, *C/S, - el Disulfuro Disulfuro de Carbono *CS+,( son de $ran importancia importancia debido a su tendencia tendencia a da0ar da0ar las las soluc solucio iones nes qu1m qu1mic icas as que que se util utiliz izan an para para endu endulz lzar ar el $as# $as# Adem's( por lo $eneral( estos componentes( no se reportan dentro de la composición del $as que se tratar'# 2ue$o como es ló$ico esto es de alto ries$o para los procesos industriales de endulzamiento( en vista que si ha-
una alta concentración de estos elementos( es mu- posible que el proceso de endulzamiento no sea efectivo( -a que estos compuestos pueden alterar el normal proceso de los endulzadores o sustancias que eliminan los $ases 'cidos de la corriente de $as natural# "ara que el proceso de endulzamiento del $as natural( ten$a un alto $rado de eficiencia( se debe comenzar por analizar la materia prima que se va a trat tratar ar## De hech hecho o el cont conten enid ido o de las las impu impure reza zass form forma a part parte e de los los conocimientos que se deben dominar a la perfección para entender - hacerle se$uimiento a los dise0os# "or ello se insiste en la tenencia del conocimiento inherente al contenido de a$ua( dió.ido de carbono - sulfuro de hidró$eno( en primera instancia# El a$ua interviene mu- fuertemente en la composición del $as - en la concentración de las soluciones que se utilizan en los sistemas de amina3 de la misma manera( los $ases 'cidos( deben ser considerados en el $as de alimentación - en el $as tratado# 2a diferencia molar de ambas condiciones establece la cantidad de $as 'cido que se va a e.traer - que ló$icamente define el dise0o de los equipos - el proceso que se deba a utilizar( en el endulzamiento( de tal forma que sea efectivo( de f'cil aplicabilidad - adem's económico# El proceso de endulzamiento data( desde hace muchos a0os# 4( en la actu actual alid idad ad se disp dispon one e de proc proces esos os alta altame ment nte e espe espec1 c1fifico cos( s( con con solventes solventes - aditivos aditivos comple%os( que hacen que el endulzamient endulzamiento o sea de una $ran eficiencia( en vista que muchos otros procesos del $as depende de este( lue$o el proceso de endulzamiento se debe realiza en forma eficiente( todos los otros #
IDENTIFICACION Y SELECCIÓN DEL PROCESO 2os factores ha considerar para la selección de un proceso de endulzamiento de $as natural son5 a# e$u e$ula laci cion ones es de $ases $ases 'cidos 'cidos en el medio medio ambien ambiente te55 En este se refiere a la cantidad de $ases 'cidos permitidos en el medio ambiente#
b# c# d# e# f# $# h#
Tipo - concentración de las impurezas en el $as 'cido Especificaciones en el $as residual o $as dulce# temperatura - presión del $as 'cido - del $as dulce# Caudal de $as a tratar# "roceso de Corrosión# equerimientos de selectividad# Costos de operación del proceso de endulzamiento#
i# Especificaciones de los productos l1quidos#
Tipos de Procesos de Endulzamieno 2os distintos procesos de endulzamiento se pueden clasificar en las si$uientes cate$or1as5 •
"rocesos de absorción de los $ases 'cidos5 a# "rocesos con solventes qu1micos# b# "rocesos con solventes f1sicos# c# "rocesos con solventes h1bridos o mi.tos#
d# "rocesos de conversión directa# e# "rocesos de lecho sólido o seco *adsorción,# f# 6uevos procesos *membranas,# $# Crio$7nicos#
Procesos de A!sorci"n de los #ases $cidos Se entiende por absorción a la operación unitaria en la que la transferencia de masa tiene lu$ar de la fase de vapor a la fase l1quida( este es por lo $eneral lo que ocurre( aunque no es siempre( es que el proceso de absorción desi$na una operación en la cual el l1quido se suministra como corriente separada e independiente del vapor a tratar# "or absorción tambi7n se entiende al proceso de retención de $ases o vapores por l1quidos( de una sustancia por otra 21quido#
Con so#,entes <si!os
Con so#,entes &itos
PROCESOS DE A>SORCION Con so#,entes 5"&i!os
Procesos con Sol%enes &u'micos En estos procesos( el $as que se va a tratar se pone en contacto en contracorriente con una solución de un componente activo que reacciona con los $ases 'cidos para formar compuestos inestables( solubles en el solvente# El componente activo de la solución puede ser una alcanoamina o una solución b'sica( con o sin aditivos# El contacto se realiza en una torre conocida como contactora en la cual la solución in$resa por la parte superior - el $as por la parte inferior# 2as reacciones que se presentan entre la solución - los $ases 'cidos son reversibles3 por lo tanto( la solución al salir de la torre se env1a a re$eneración# 2os procesos con aminas son los m's conocidos de esta cate$or1a - en se$undo lu$ar los procesos con carbonato# En este proceso( la torre contactora debe traba%ar en condiciones de ba%a temperatura - alta presión de manera que se favorezca la reacción entre el $as - el solvente qu1mico# "or otro lado( en la re$eneración se debe traba%ar
en condiciones contrarias a las mencionadas( o sea a alta temperatura - ba%a presión( de manera de favorecer la liberación de los $ases 'cidos# 2as principales desventa%as de este m7todo son5 la demanda de ener$1a( la naturaleza corrosiva de las soluciones - la limitada car$a de $as 'cido en la solución( debido a la estequiometria de las reacciones# 2os principales procesos con solventes qu1micos son5 8EA( 8DEA( 8DEA activada &enfield *con carbonato de potasio,#
Procesos con Sol%enes F'sicos En estos procesos( el solvente f1sico utilizado absorbe el contaminante como $as en solución( sin que se presenten reacciones qu1micas( - son re$enerados con disminución de presión - aplicación de calor o uso de peque0as cantidades de $as de despo%amiento# Se caracterizan por su capacidad de absorber( de manera preferencial( diferentes componentes 'cidos de la corriente de hidrocarburos# "rincipalmente los procesos de absorción f1sica son utilizados cuando la presión del $as es alta - hacantidades apreciables de contaminantes3 obviamente que mientras m's alta sea la presión - la cantidad de $as( ma-or es la posibilidad de que se disuelva el $as en la solución# 2os procesos f1sicos tienen alta afinidad por los hidrocarburos pesados# Si el $as a tratar tiene un alto contenido de propano - compuestos m's pesados( el uso de un solvente f1sico puede implicar una p7rdida $rande de los componentes m's pesados del $as( debido a que estos componentes son liberados del solvente con los $ases 'cidos - su separación no es económicamente viable# 2os principales procesos comerciales que utilizan solvente f1sicos son5 Sele.ol( Solvente 9l:or - ectisol#
Procesos con sol%enes ('!ridos o )i*os En este tipo de procesos se traba%a con la combinación de solventes f1sicos qu1micos# 2ó$icamente( el mismo presenta las caracter1sticas de ambos#
2a re$eneración se lo$ra por la separación en m:ltiples etapas fraccionamiento# Se puede remover C;+( )+S( C;S( CS+ - mercaptanos dependiendo de la composición del solvente# 2a selectividad hacia el )+S se lo$ra a%ustando la composición del solvente -!o el tiempo de contacto# 2os principales procesos comerciales que utilizan solvente h1bridos son5 Sulfinol< D( Sulfinol< 8 - ;ptisol#
Procesos de Con%ersi"n Direca 2os procesos de conversión directa se caracterizan por la selectividad hacia la remoción del )+S# El sulfuro de hidro$eno es removido de la corriente de $as( por un solvente que circula dentro del sistema( el cual puede ser reducido f'cilmente por el )+S - r'pidamente o.idado por el aire( produciendo azufre elemental# 2os procesos comerciales m's conocidos son5 Stretford( Takaha. - 9erro.#
)allas )oleculares 2as mallas moleculares son lechos fi%os que operan con ciclos de traba%o tambi7n se pueden utilizar para deshidratar el $as natural# Se usan para absorber f1sicamente los componentes 'cidos *)+S - C;+, - lue$o se re$eneran utilizando temperaturas elevadas o descensos de presión#
)em!ranas 2a separación se lo$ra aprovechando la venta%a en las diferencias de afinidad!difusividad que poseen las membranas# El a$ua( el dió.ido de carbono - el sulfuro de hidro$eno son moderadamente altos difusores( lo que indica que pueden difundir m's f'cilmente que los hidrocarburos( utilizando la misma fuerza impulsora# "or otro lado los $ases lentos( son aquellos que permanecen en la parte anterior de la membrana sin difundir# Estas caracter1sticas hacen que las membranas sean ideales para aplicaciones en sitios remotos o para tratar vol:menes ba%os de $as# El
efecto de separación no es absoluto( por lo que habr' p7rdidas de hidrocarburos en la corriente de $as 'cido#
Selecci"n del Proceso de Endulzamieno 2a ma-or1a de los procesos de absorción de $ases 'cidos por solventes qu1micos emplean el carbonato pot'sico o una alcanolamina# 2a monoetanolamina *8EA, - la dietanolamina *DEA, formaran soluciones alcalinas mas fuertes que el carbonato de potasio( por lo que reducen en ma-or $rado el contenido de los $ases 'cidos# 2a capacidad de absorción es tambi7n ma-or para las alcanolaminas( no obstante el requerimiento de ener$1a t7rmica para re$enerar la solución de 8EA o DEA es ma-or debido a su ma-or afinidad por los 'cidos# Tambi7n ocurre que las alcanolaminas pueden dar lu$ar a reacciones qu1micas no deseadas( form'ndose productos que de$radan la solución e incrementan la corrosión# =n aspecto importante de la absorción qu1mica es que se ve afectada favorablemente por una presión parcial ba%a de los $ases 'cidos a tratar en contra de lo que pasa con la absorción f1sica# A ba%a presión parcial( la capacidad de absorción de los absorbentes f1sicos es considerablemente inferior a la de los qu1micos( pero la cosa cambia cuando la presión parcial es suficientemente alta# "or lo tanto la absorción f1sica se suele emplear en procesos de alta presión# Tambi7n ha- que tener en cuenta que la temperatura influ-e en la solubilidad de los $ases en los l1quidos( siendo ma-or a menor temperatura# ;tra venta%a de la absorción f1sica es su habilidad para eliminar trazas de otros compuestos no deseados( tales como compuestos or$'nicos sulfurados( sin la formación de productos de reacción no deseados# Desde el punto de vista económico las ba%as temperaturas de operación - la resistencia a la corrosión hacen que el material de construcción de la planta pueda ser acero al carbono( dado que no e.isten reacciones qu1micas se necesita un menor consumo de ener$1a para desorber los $ases 'cidos#
2a adsorción no es un m7todo adecuado para separar $randes cantidades de C;+ por lo que no se considerara como forma primaria de captación# 2a utilización de membranas se ve afectada por el alto coste de compresión necesaria para obtener una alta presión en la alimentación del proceso# En la pr'ctica la ma-or1a de las aplicaciones de membranas se dan en peque0as plantas sobre plataformas móviles donde el C;+ con cierta impureza es aceptable para aplicaciones que puedan obtener venta%as de su tama0o compacto - su ba%o peso# Tambi7n e.isten plantas que utilizan sistemas h1bridos5 membrana
A continuación se muestra un resumen donde se compara los m7todos se$:n la cantidad de $as que se puede tratar - la presión parcial de C;+ requerida5
Tipo de Proceso Absorción química Absorción física Adsorción Membranas
Cantidad de gas a tratar
Presión Parcial
Alta Alta &a%a &a%a
&a%a Alta Alta Alta
Como podemos observar que todos los m7todos menos la absorción qu1mica necesitan para un buen desarrollo de la operación( unas presiones parciales altas de los $ases 'cidos a tratar# "or lo tanto( a partir de ahora( enfocaremos nuestro estudio al proceso de absorción qu1mica por ser el que ma-ores venta%as t7cnicas nos presenta#
Como -a se hab1a comentado antes( dentro de los procesos de absorción qu1mica las soluciones de alcanolaminas son las m's reactivas por su fuerte car'cter alcalino - su capacidad de car$a de $ases 'cidos ser' ma-or que en las soluciones de carbonato pot'sico *alternativa m's cercana estudiada,# "or este motivo se har' un estudio amplio de las soluciones de alcanolaminas# Dentro de las principales desventa%as se tiene la alta demanda de ener$1a( la naturaleza corrosiva de las soluciones - la limitada car$a de $as 'cido en solución( tal como( las reacciones qu1micas son re$uladas por la estequiometr1a de la reacción# =no de los solventes de ma-or utilidad en la absorción de $as( a trav7s de solventes qu1micos( son las aminas( que son compuestos or$'nicos fundamentalmente polares( - que la ma-or1a de ellas pueden formar puentes de hidró$eno( por lo que tendr's puntos de ebullición ma-ores o otros compuestos de i$ual peso molecular( lue$o habr' que tener claramente establecido este efecto( a la hora de hacer una evaluación de la efectividad - rentabilidad del proceso#
Propiedades de las Aminas Propiedades +u'micas de las Aminas, 2as aminas son compuestos or$'nicos derivados del Amoniaco *
NH 3
,( - son productos de
la sustitución de los hidró$enos que componen el amoniaco por sus $rupos al$uilo o arilos *
−CH 3
,# 2as aminas se clasifican de acuerdo al n:mero de
sustitu-entes unidos al nitró$eno( lue$o e.isten las aminas primarias( secundarias - terciaria En la fi$ura + se presenta una forma esquem'tica la estructura del amoniaco - de las aminas primaria( secundaria - terciaria#
En la fi$ura + se observa que en la amina primar1a ha sido reemplazo un hidró$eno de amoniaco por un $rupo alquilo El $rupo alquilo *
+¿ ¿ CH 3
, se
simboliza como *, que est'n unidos al nitró$eno# 2a metilamina o aminometano es una de las principales aminas primarias *
CH 3 NH 2
,#
Ahora( si dos >rupos alquilo han reemplazo a dos hidró$enos en la mol7cula de amoniaco( corresponde a una Amina Secundaria Es necesario hacer resaltar que los $rupos alquilos no necesariamente tienen que i$uales( en cuanto al n:mero de carbonos e hidró$eno( por e%emplo e tiene la amina secundaria Dimetilamina o8etilaminometano *
CH 3 − NH −CH 3
, o la amina
NH
secundaria Etil< propilaminapropano *
CH 3 −CH ¿ CH 2−CH 2−CH 3
,#
Si( tal como se observa en la fi$ura + se han reemplazado todos los hidró$enos en la mol7cula de amoniaco En este caso habr' una Amina Terciaria( i$ualmente no necesarios los $rupos tiene que ser i$uales( lue$o se tiene por e%emplo una amina terciaria denominada trimetilamina o dimetilaminametano Es necesario tener en cuenta( que debido a que el 6itró$eno tiene un par electrónico libre( puede formar compuestos tetrasustituidos( donde el 'tomo
de 6itró$eno queda car$ado positivamente( - se les conoce como amina cuaternarias# 2as aminas( son ampliamente utilizadas en la industria petrolera( en vista que son varios los procesos( donde estos componentes se utilizan# Todas las Aminas son compuestos mu- polares# 2as aminas primarias secundarias pueden formar puentes de hidró$eno( las aminas terciarias puras no( pero si los pueden aceptar# Es importante hacer notar que la denominación de Amina "rimaria( Secundaria - Tercer1a se refiere al n:mero de sustitu-entes que tiene el 'tomo de nitró$eno - no como en el caso de los alcoholes que se refiere al tipo de carbono sobre el cual se encuentra# En el caso de los alcoholes se tiene3 alcoholes primarios si 7l *;), est' sobre un carbono primario( alcohol secundario si se encuentra sobre un carbono secundario - alcohol terciario si est' sobre un carbono terciario# 2ue$o para el caso de las aminas# esultan tres clases diferentes de aminas llamadas Aminas "rimarias( Secundarias - Terciarias( todas son de utilidad en el proceso de endulzamiento#
Propiedades F'sicas de Las Aminas, 2as aminas son compuestos incoloros que se o.idan con facilidad lo que permite que se encuentren como compuestos coloreados# 2os primeros miembros de esta serie son $ases con olor similar al amoniaco# A medida que aumenta el n:mero de 'tomos de carbono en la mol7cula( el olor se hace similar al del pescado# 2as aminas arom'ticas son mu- tó.icas se absorben a trav7s de la piel# 2as aminas primarias - secundarias son compuestos polares( capaces de formar puentes de hidró$eno entre si - con el a$ua( esto las hace solubles en a$ua# 2a solubilidad disminu-e en las mol7culas con m's de ? 'tomos de carbono - en las que poseen el anillo arom'tico# El punto de ebullición de las aminas es m's alto que el de los compuestos no polares que presentan el mismo peso molecular de las aminas# El 6itró$eno es menos electrone$ativo que el ;.1$eno( esto hace que los puentes de hidró$eno entre las aminas se den en menor $rado que en los alcoholes# Esto hace que el punto de
ebullición de las aminas sea m's ba%o que el de los alcoholes del mismo peso molecular# 2as aminas se comportan como bases# Cuando una amina se disuelve en a$ua( acepta un protón formando un ión alquil< amonio# "ara diferenciar las aminas unas de otras en el laboratorio se hace reaccionar con una solución de nitrito de sodio - 'cido clorh1drico( esto da ori$en a 'cido nitroso inestable# Cada tipo( tipo de amina tendr' un comportamiento diferente ante la presencia de estos reactivos
Selecci"n de Aminas Tipos de Aminas +ue se uilizan en la a!sorci"n de #ases $cidos, 2as Aminas
que
se
utilizan
en
el
proceso
de
endulzamiento
son5
8onoetanolamina *8EA,( Dietanolamina *DEA,( Diisopropanolamina *DI"A,( 8etildietanolamina *8DEA, - Di$licolamina *D>A,#
)onoeanolamina -)EA., 2a monoetanolamina es la m's reactiva de las etanolaminas# Se utiliza preferencialmente en procesos no selectivos de remoción del C;+ - del )+S( aunque al$unas impurezas tales como el C;S( CS+ - el o.1$eno tienden a de$radar la solución( por lo cual no se recomiendan en esos casos# Con 8EA( se lo$ran concentraciones mu- ba%as de C;+ ! )+S# Es :til en aplicaciones donde la presión parcial del $as 'cido en la corriente de entrada es ba%a# 2a corrosión - la formación de espuma es el principal problema operacional al traba%ar con 8EA# El porcenta%e en peso de 7sta en la solución se limita al @B( debido a esto se requiere de cantidades considerables de solución en el sistema( lo que implica una demanda calórica alta#
Dieanolamina -DEA., 2a DEA es mucho menos corrosiva que la 8EA( pero la solución se vuelve mu- viscosa en concentraciones altas# 2a reacción de DEA con C;S - CS+ es m's lenta que con la 8EA( - los productos de la reacción son distintos( lo que causa menores p7rdidas de amina al reaccionar con estos $ases# Tiene una presión de vapor m's ba%a(
por lo cual las p7rdidas de solución de amina por evaporación son menores( - funciona bien en absorbedores de ba%a presión# 2a DEA se usa para endulzar corrientes de $as natural que conten$an un total de @/B o m's de $ases 'cidos a presiones de operación de unos +( k$!cm+ o ma-ores#
Diisopropanolamina -DIPA): 2a DI"A es una amina secundaria como la DEA( tiene una $ran capacidad para transportar $as 'cido( pero debido al alto peso molecular del solvente( requiere de tasas m'sicas mualtas#
ADIP -Diisopropanolamina aci%ada., El proceso Shell ADI" utiliza soluciones acuosas relativamente concentradas */</B,# Este proceso es ampliamente usado para la remoción selectiva del sulfuro de hidró$eno de $ases de refiner1a con altas concentraciones de )+S!C;+# El C;S se remueve parcialmente *+/</B,( pero es posible lo$rar concentraciones m's ba%as de )+S#
)eildieanolamina -)DEA., 2a metildietanolamina( es una amina terciaria que reacciona lentamente con el C;+( por lo tanto para removerlo( se requiere de un ma-or n:mero de etapas de equilibrio de absorción# Su me%or aplicación es la remoción selectiva del )+S cuando ambos $ases est'n presentes *C;+ - )+S,# =na venta%a de la 8DEA( para la remoción del C;+ es que la solución contaminada o rica se puede re$enerar por efectos de una separación flash# ;tra venta%a que puede ofrecer la 8DEA sobre otros procesos con amina es su selectividad hacia el )+S en presencia de C;+# En estos casos la 8DEA es m's favorable#
)eildieanolamina aci%ada -A/)DEA ): En la 8DEA activada( la adición de una amina secundaria como activador( acelera la absorción cin7tica de C;+# 2a A<8DEA no remueve los mercaptanos( ni se puede utilizar sola para la remoción selectiva del )+S debido a la presencia del activador#
2as condiciones de operación pueden ser5 presión del absorbedor de hasta @+ k$!cm+ - temperatura del absorbedor desde / hasta /FC# Ucarsol: En este proceso( se utiliza la 8DEA para la remoción selectiva del
)+S( pero se incorporan inhibidores# 2a tecnolo$1a ha sido desarrollada por =nión Carbide - se utiliza diferentes formulaciones m:ltiples para controlar la reacción cin7tica relativa al C;+ - al )+S# Diglicolamina (DA): 2a D>A es una amina primaria como la 8EA en
cuanto a la reactividad pero tiene me%or estabilidad - ba%a presión de vapor( esto permite el uso de concentraciones relativamente altas( entre /GH/B en peso# =na de las desventa%as es que la qu1mica es m's costosa - da productos de de$radación que no son re$enerables cuando est'n presentes el C;+ con C;S - CS+# 2a solución utilizada es de ?B en peso de D>A# 2a de$radación de la solución absorbedora de amina se evita con el uso de una t7cnica de recuperación por alta temperatura( la cual purifica la solución#
Comparación de los Tipos de Amina
En el cuadro *"8, representa al peso molecular( - *"E, indica el punto de ebullición o evaporación a la presión atmosf7rica3 *Cp, es la capacidad calor1fica# 2a 8EA fue durante mucho tiempo la amina m's utilizada( es tambi7n la m's reactiva de todas las alcanolaminas( es por ello que se considera que la 8EA es altamente reactiva# A partir de los a0os @/<@?/ la DEA sustitu-e a la
8EA( suceso que ocurre por la ma-or resistencia a la corrosión de la DEA( sobretodo ante la presencia de los compuestos azufrados# Tambi7n la D>A ha sido utilizada en $randes caudales( debido fundamentalmente al incremento en su concentración( aun cuando se de$rada con compuestos azufrados# 2a DI"A ha sido ampliamente utilizada( debido en lo fundamental por su selectividad hacia el sulfuro de hidró$eno( aunque a partir del a0o @/ se ha comenzado a utilizar en forma amplia la 8DEA( esto ocurre fundamentalmente por su selectividad( ba%o requerimientos ener$7ticos ba%a tendencia a la de$radación# En el si$uiente cuadro se presentan una serie de caracter1sticas de al$unas alcanolaminas utilizadas en el endulzamiento#
Tasa de captura de la solución Tipo de Amina
M!A D!A MD!A DA
Concentración
8 de $as acido "ie
cubico
de
amina pobre
por
acido
por
@<+/ B +/</ B // B /
solución /#/+ G /#// /#// G /#/ /#/ G /#/ /#/ G /#/
litro
de $as
$alón de solución < <
Estas tasas de captura son para plantas que traba%an a mas de // psi( si la presión de la torre contactora esta por deba%o de los +/ psi la tasa de captura ba%ar1a a la mitad#
2a selección del tipo de amina a ser utilizada( depende por un lado del tama0o del equipamiento### D>A - 8DEA requieren equipamiento de casi la mitad del tama0o( pero la D>A - la 8DEA son m's caras que la 8EA - la DEA# >eneralmente las plantas de 8EA - DEA son m's económicas de construir operar para caudales de amina de hasta @// l!min *+ >"8,( para caudales m's altos son m's económicas las plantas D>A - 8DEA# El tipo de solución de amina utilizada en el proceso de endulzamiento depender' de la cantidad de $as 'cido en la corriente de $as# Si la concentración de los $ases 'cidos esta por deba%o de B en volumen( - el caudal a tratar es menor a / 88"C6D se recomienda utilizar la 8EA# "or esta razón ele$imos operar con 8onoetanolamina *8EA,
La monoeanolamina -)EA. 2a 8EA es la m's sencilla de las etanolaminas - se produce por la reacción directa del amoniaco con ó.ido de etileno( tal como se muestra en la fi$ura 5
9i$ura eacción de ;btención de la 8EA 2as etanolaminas se pueden utilizar para tratamientos de $ases naturales $as residual de petróleo en la absorción de dió.ido de carbono# En sistemas de $ases conteniendo dió.ido de carbono# 2a 8EA se puede ser utilizadas como absorbedor selectivo( por lo que es de $ran utilidad para la eliminación de la corriente del $as natural( el componentes que se quiere eliminar( sin causar problemas operacionales a los otros componentes( que no se quiere eliminar de la corriente# 2a 8EA es una amina primaria( es un l1quido de color claro( transparente e hi$roscópico con li$ero olor amoniacal( cu-a formula qu1mica es * HOCH 2 CH 2 NH 2
,#
2a *8EA, es la m's reactiva de las Etanolaminas( - adem's es la base m's fuerte de todas las aminas# 2a 8EA ha tenido un uso difundido especialmente en concentraciones ba%as de $as 'cido# Tiene un peso molecular de ?@(/ =nidades de 8asa Atómica *=8A,# Ahora si esta traba%ando en el Sistema &rit'nico de =nidades( las unidades ser'n *lb!lbmol,# Este peso molecular se considera peque0o( es por ello( que la
8EA tiene la ma-or capacidad de transporte para los $ases 'cidos Esto si$nifica menor tasa de circulación de la 8EA para remover una determinada concentración de los $ases 'cidos( de un $as de alimentación# 2a 8EA( se usa preferiblemente en procesos no selectivos de remoción del C;+ - del )+S( aunque al$unas impurezas( tales como5 el C;S( CS+ - el o.1$eno( tienden a de$radar la solución( por lo cual no se recomienda en esos casos# "ara el caso especifico del $as natural boliviano no e.isten estas impurezas( solo se desea remover C;+( por lo que la 8EA si$ue siendo nuestra primera opción# "or medio de la 8EA se pueden lo$rar ba%as concentraciones de C;+( alrededor de <B molar( pero tiene problemas con la corrosión - con la formación de espumas# El porcenta%e por peso de 8EA en la solución se limita al @B# "or esta razón se requiere de $randes cantidades de calor de solución en el sistema# 2a 8EA es una base fuerte - ha tenido un uso difundido especialmente cuando la concentración del $as acido es peque0a# "or su ba%o peso molecular tiene la ma-or capacidad de transporte para $ases 'cidos con base a peso o volumen( lo que se traduce a ma-or tasa de circulación de amina para remover determinada cantidad de $ases 'cidos# 2a presión de vapor de la 8EA es ma-or que para las otras aminas *DI"A( 8DEA( DEA( entre otras, a la misma temperatura lo cual puede producir ma-ores p7rdidas por vaporización# 2a utilización de la 8EA no se recomienda( cuando ha- presencia de impurezas tales( como C/S3 CS+ - /+# Con todos estos compuestos se forman productos de de$radación( los cuales deben de ser removidos a0adiendo una solución alcalina( adem's de instalar un sistema de recuperación#;tro problema que se presenta es que la concentración "orcentual en relación peso!peso *B"!",( tiene un valor m'.imo de @B( lue$o requiere de $randes cantidades de calor de solución en el sistema( lo que conlleva a una alta demanda calor1fica( en el proceso#
2a presión de vapor de la 8EA es ma-or que otras aminas en i$uales temperaturas# Esto puede incrementar las p7rdidas por vaporización# "ara mantener el proceso de corrosión ba%o( se requiere que la concentración de la solución - la car$a del $as 'cido en la solución deben mantenerse −¿
suficientemente ba%as que eviten la formación de bicarbonatos * carbonatos *
CO3
HCO3
¿
,-
−2
,( compuestos altamente corrosivos( que se forman por
la disociación del Jcido Carbónico *
H 2 CO 3
,( como -a se sabe este es un
'cido de ba%a estabilidad( que r'pidamente de disocia produciendo bicarbonatos - carbonatos# El bicarbonato o carbonato puede reaccionar con el *
+2
Fe
, 9e *formado en
la reacción de o.idación en la zona anódica,( para formar Carbonato 9erroso * FeCO ,considerado uno de los principales productos de la corrosión( en 3
"lantas de >as( con presencia de Sulfuro de )idró$eno( Dió.ido de Carbono( en cantidades que se les considera $ases 'cidos# Si ha- presencia de a$ua( en el Sistema( no habr' la menor duda que el proceso de Corrosión este o se ha$a presente( por la formación del Jcido Carbónico - su posterior disociación# 2as variaciones tecnoló$icas de la 8EA( son las si$uientes5 8EA< A8I6E< >uard - 8EA< A8I6E>uarduard( solamente permite traba%ar con cantidades de trazas de sulfuro de hidró$eno( mientras que el amine G >uard< ST es tolerante a la presencia de azufre( lue$o puede mane%ar al sulfuro de hidró$eno( siempre cuando la relación de concentraciones5
( H S /CO ) >0.005 2
2
DESCRIPCION DEL PROCESO Descripci"n Lieral Descripción del proceso de una planta de endul"amiento con aminas
El $as 'cido pasa a trav7s de un separador de entrada para remover los l1quidos -!o sólidos que conten$a# Desde el separador( la corriente de $as entra por el fondo del contactor donde se pone en contracorriente con el flu%o de la solución de amina que entra por el tope de la columna( este contacto intimo entre los componentes 'cidos del $as natural - la amina provoca una reacción qu1mica que tiene como producto una sal re$enerable en estado l1quido( por lo que es arrastrada por la corriente que sale por el fondo de la torre# Como el $as continua subiendo por el absorbedor( m's $ases 'cidos reaccionan qu1micamente con la amina# El $as dulce de%a el tope del absorbedor pasando primero a trav7s de una malla antineblina para retener cualquier cantidad de solución que este lleve# El $as dulce que abandona la torre absorción esta saturado con a$ua para deshidratación# 2a solución de amina rica que abandona el absorbedor flu-e a trav7s de un tanque de venteo para remover los hidrocarburos absorbidos# Desde el tanque de venteo( la solución rica pasa a trav7s del intercambiador amina rica!pobre donde el calor es absorbido desde la solución pobre# 2a amina rica entra al despo%ador donde flu-e hacia aba%o por la columna( siendo despo%ada del )+S - del C; + por acción t7rmica del $as caliente que flu-e a contracorriente desde el rehervidor# 2a solución de amina de%a el fondo del absorbedor como una solución pobre( es decir( ba%a en concentraciones de )+S - C;+# Esta solución pobre pasa a trav7s del
intercambiador amina rica!amina pobre cediendo parte del calor con el que sale del re$enerador( lue$o pasa al tanque de abastecimiento donde se combina con a$ua - amina fresca para compensar las p7rdidas - as1 mantener su concentración en los niveles adecuados# 2ue$o una peque0a corriente de amina pobre es filtrada - el resto es bombeada directamente a un enfriador para reducir la temperatura apro.imadamente a sólo @/ F9 por encima de temperatura del $as de alimentación# En este punto la solución pobre es retornada a la torre de absorción para repetir el ciclo# El $as 'cido despo%ado por la amina sale por el tope de la torre re$eneradora( pasa a trav7s de un condensador - lue$o por un separador para enfriar la corriente - recuperar el a$ua# El a$ua recobrada usualmente se retorna como reflu%o al despo%ador# El $as 'cido que sale del acumulador de reflu%o es dependiendo de su composición( venteado( incinerado o enviado a las instalaciones para el recobro de azufre( a partir de procesos como el Claus o bien comprimido para la venta# El $as 'cido despo%ado por la amina sale por el tope de la torre re$eneradora( pasa a trav7s de un condensador - lue$o por un separador para enfriar la corriente - recuperar el a$ua# El a$ua recobrada usualmente se retorna como reflu%o al despo%ador# El $as 'cido que sale del acumulador de reflu%o es dependiendo de su composición( venteado( incinerado o enviado a las instalaciones para el recobro de azufre( a partir de procesos como el Claus o bien comprimido para la venta#
Diagrama de flu#o de una planta gen$rica de endul"amiento con aminas
El proceso descrito cuenta con la presencia de un rehervidor KeclaimerL( 7ste a-uda a remover los productos de$radados de la solución de amina( a las sales termoestables( sólidos suspendidos( 'cidos - residuos de hierro# 2a operación de los rehervidores KreclaimerL no es continua( es por intervalos# El mismo se llena con solución de amina caliente# Como la temperatura se incrementa el l1quido comienza a destilar# 2os vapores de tope son condensados - bombeados hacia el proceso de amina( $eneralmente opera a una presión un poco por encima del re$enerador - los vapores retornan al re$enerador# 2a composición inicial del vapor es esencialmente a$ua#
Principales e+uipos +ue con0orman la plana de endulzamieno con aminas %eparador de entrada
Este recipiente( colocado a la entrada de la planta( tiene como función separar los contaminantes que lle$an %unto al $as de alimentación( dentro de estos contaminantes se encuentran hidrocarburos l1quidos( part1culas sólidas( a$ua - compuestos qu1micos utilizados en el tratamiento del $as# Si estos contaminantes no fuesen separados( podr1an causar alteración de$radación del solvente( la formación de espuma - la corrosión# El separador de entrada debe estar mu- bien dise0ado( a tal efecto se debe considerar5 •
2a presencia de fluidos 'cidos
•
2a capacidad para mane%ar acumulaciones de liquido * a$ua( hidrocarburos( qu1micos,
•
2a capacidad para retener sólidos
El separador de entrada es t1picamente un recipiente vertical donde el $as entra por el fondo - sale por el tope( cuenta con un eliminador de niebla en el tope# 2os eliminadores de niebla comunes en estos separadores tienen apro.imadamente un B de eficiencia( en la retención de part1culas de menos de @/ micrones# Sin embar$o e.isten part1culas tan peque0as *@!+ micrometro, que no puede ser removidas eficientemente por estos eliminadores de niebla# "or lo cual( en el caso donde los l1quidos o los sólidos se conocen o se anticipa que ser'n un problema( deber1a utilizarse un separador de alta eficiencia tal como un separador filtro# Este equipo t1picamente consiste en un recipiente horizontal con un filtro en la entrada para remover part1culas como 9eS *sulfuro de hierro,#
El separador filtro( remueve part1culas sólidas - l1quidas de tama0os hasta @ micrón( con una alta eficiencia3 esta equipado con filtros( en la primera etapa de separación - con un eliminador de niebla en la se$unda etapa de separación# !l absorbedor o contactor
Este equipo es una de las unidades fundamentales de la planta( el cual est' formado por una torre que traba%a a alta presión - ba%a temperatura( donde el $as 'cido que sale del separador entra por la parte inferior de la columna flu-a hacia arriba para entrar en contacto con la solución de amina pobre o re$enerada( que ba%a desde la parte superior de la torre# En este contacto el $as 'cido es removido de la corriente $aseosa - transferido a la solución# El $as pasa por un filtro coalescedor *eliminador de niebla, que retiene la niebla de amina arrastrada por el $as( para lue$o salir por el tope de la torre( con mu- poca cantidad de componentes 'cidos( ló$icamente esto depender' de la eficiencia del proceso de endulzamiento# 2a temperatura de la amina rica que sale del absorbedor ser' de @/ a@?/ F9 - puede contener5 a$ua( amina( componentes 'cidos *C;+( )+S( C;S( CS +( mercaptanos( entre otros#,( $as natural disuelto en la solución( hidrocarburos l1quidos retirados de la corriente de $as( sólidos - otras impurezas *asfaltenos,# El absorbedor o contactor puede ser una torre empacada o con platos# 2as torres empacadas( utilizadas para el contacto continuo del l1quido - del $as tanto en el flu%o a contracorriente como a corriente paralela( son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie $rande# El l1quido se distribu-e sobre 7stos - escurre hacia aba%o( a trav7s del lecho empacado( de tal forma que e.pone una $ran superficie al contacto con el $as# 2os empaques pueden ser al azar o re$ulares# 2os empaques al azar son aquellos que simplemente se arro%an en la torre durante la instalación - se de%an caer en forma aleatoria# 2os empaques re$ulares son capas de malla de alambre u ho%as corru$adas# ;frecen las venta%as de una menor ca1da de presión para el $as - un flu%o ma-or#
2as torres de platos pueden ser de platos perforados( de burbu%eo - de v'lvula# •
Platos perforados5 el vapor asciende a trav7s de las perforaciones en el
plato3 - el l1quido es retenido sobre el plato por el flu%o de vapor# 2as perforaciones son usualmente peque0os a$u%eros( pero pueden usarse $randes a$u%eros - aberturas# 6o se produce sello de l1quido( - a velocidades ba%as de vapor( el l1quido se derrama a trav7s de las perforaciones( reduciendo la eficiencia del plato# •
Platos de burbu#eo: son aquellos donde el vapor asciende a trav7s de tubos
cortos llamados elevaciones( cubiertos por un casco con perforaciones a los costados3 su cualidad m's si$nificativa es que debido a las elevaciones( se puede mantener un nivel de l1quido independiente del flu%o de vapor# •
Platos de &'l&ula 5son esencialmente platos con perforaciones de di'metros
$randes cubiertos por tapas móviles( las cuales se abren a medida que se incrementa el flu%o de vapor# Como el 'rea para el flu%o de vapor var1a con la velocidad de flu%o( los platos de v'lvula pueden operar eficientemente a velocidades m's ba%as que los platos perforados# Tanque de &enteoo flastan*
Es un recipiente que se utiliza para separar el $as que se disuelve en la solución de amina en el absorbedor# Este equipo se instala cuando la presión del absorbedor es ma-or a // lpcm( - se opera a una presión de H lpcm( no obstante( esta factibilidad debe analizarse con cuidado# El propósito de este tanque es recuperar los hidrocarburos disueltos en la solución( los cuales se env1an al mechero o se utilizan como $as combustible# Se debe mantener presente el poder contaminante de estos $ases( -a que podr1a impedir su uso como combustible# 2o normal es que conten$a una cantidad e.cesiva de C; +( lo cual implica una reducción considerable de su valor calor1fico( pero tambi7n puede tener ) +S( lo cual es
peli$roso# "or esta razón( se suele colocar( a la salida del tanque de venteo un peque0o absorbedor con G ? platos o su equivalente en empaque# Es recomendable conectar al tope de este peque0o absorbedor( una l1nea con amina pobre( con el fin de retirar el $as 'cido que transporta el $as combustible# Esta peque0a porción de solución de amina contaminada se mezclar' con la corriente de amina rica que va hacia el re$enerador# Cuando el tanque de venteo tiene un absorbedor instalado para endulzar el $as que se usa como combustible( el caudal de la solución pobre *despu7s de enfriarla, se divide en dos corrientes5 una peque0a que se env1a al absorbedor del tanque de venteo - la diferencia( hacia el tope de la torre absorbedora# 2a presión del tanque de venteo se controla( con una v'lvula colocada a la salida de la corriente de $as( que traba%a con un controlador de presión# Esta v'lvula abre - cierra para mantener constante la presión en el recipiente# El tanque tambi7n cuenta con un controlador de nivel( el cual abre o cierra la v'lvula para mantener la altura de l1quido# El dise0o del Kflash tankL debe incorporar un sistema interno de baflle que permita recolectar los hidrocarburos en el tanque para as1 ser drenados constantemente# +ntercambiador de Calor Amina ,ica-Amina Pobre.
El propósito del intercambiador de calor es aprovechar una parte de la ener$ia de la amina pobre o limpia que sale del re$enerador# Esto representa apro.imadamente el /B del calor requerido en el rehervidor de la columna de re$eneración# 2a solución pobre que sale Del rehervidor( se enfr1a al pasar por El intercambiador de calor( mientras que la amina rica que viene del absorbedor( se calienta hasta M@/ F9 para hacer mas f'cil la separación de los $ases 'cidos que transporta# Es conveniente evitar que no se separe el $as en la tuber1a( antes de entrara la columna de re$eneración( porque el
sistema se vuelve mu- corrosivo# Esse problema se podr1a evitar usando acero ino.idable# El intercambiador de calor m's com:n es del tipo de conchas - tubos en =# 2a solución rica normalmente flu-e a trav7s de los tubos - la solución pobre( por 2a carcaza del intercambiador ba0ando los tubos por su parte e.terior#Despu7s del intercambiador se coloca una v'lvula sobre la l1nea de la solución rica( para controlar el flu%o hacia el re$enerador# El $as 'cido puede tener un efecto corrosivo - erosivo mu- alto( por lo tanto sedebe mantener el caudal en el m1nimo posible# En ocasiones se coloca una v'lvula decontrol de flu%o a la salida del intercambiador para i$ualar la presión( *de manera apro.imada,( a la del tanque de venteo# As1 se puede minimizar la corrosión en estesector# Torre ,egeneradora o Despo#adora.
El propósito del re$enerador es remover el $as 'cido contenido en la solución rica# En una planta de amina( la torre de re$eneración por lo $eneral contiene entre @- + platos# 2a solución rica entra entre en el se$undo al cuarto plato por deba%o Del tope# A medida que la solución desciende( entra en contacto con los vapores Del rehervidor que suben hacia el tope de la torre# El equipo responsable de la compensación ener$7tica de la planta es El rehervidor# All1 se produce el calor necesario para vaporizar la solución que re$resa al re$enerador# El vapor flu-e a contracorriente con el l1quido que cae -( en cada plato(entra en contacto con la solución para lo$rar el equilibrio que permite eldespo%amiento del $as 'cido# Cuando la cantidad de vapor aumenta( se incrementa tambi7n la cantidad de $as'cido despo%ado# Esta es la razón por la cual el tratamiento de la solución me%ora conel uso de $as de despo%amiento Kstrippin$ $asL# 2os vapores que salen por el tope dela torre de re$eneración son una mezcla de vapor de
a$ua - $as 'cido# Al pasar por elcondensador( el vapor de a$ua se condensa - los $ases 'cidos tambi7n conocidoscomo $ases salen de la planta# 2a presión de la torre de re$eneración se mantiene constante utilizando uncontrolador de presión que re$ula una v'lvula instalada en la l1nea de $as delacumulador de reflu%o# El a$ua que cae al acumulador es bombeada( como reflu%o( hacia el tope de 2a torre de re$eneración - se re$ula con un controlador de nivel colocado en El acumulador( el cual activa una v'lvula de control ubicada despu7s de la bomba dereflu%o#2a solución que se acumula en el fondo del rehervidor se calienta - se vaporiza parcialmente# 2os vapores se desplazan hacia la torre#
/omba de la %olución Pobre.
El l1quido del tanque de abastecimiento pasa a la bomba( la cual aumenta lapresión de la solución pobre de tal manera que pueda entrar en el absorbedor# "or lo$eneral esta bomba es del tipo de desplazamiento positivo# El caudal se re$uladesviando una porción del l1quido de descar$a de la bomba hacia una v'lvula decontrol manual ubicada en la solución de la bomba#2a tasa de flu%o de la solución re$enerada que va al absorbedor( normalmentese mide por medio de un rot'metro# !nfriador de la %olución Pobre.
2a solución pobre que sale del re$enerador( por lo $eneral( esta a uma temperatura mu- alta( razón por la cual no se puede introducir as1 al absorbedor(porque pierde capacidad de retención de componentes 'cidos# "or ello( se utiliza un intercambiador de calor adicional( en el cual la solución flu-e a trav7s de los tubos#"odr1a usarse un ventilador( en ese caso( la solución tambi7n flu-e por los tubos( o un intercambiador de concha - tubos( con a$ua de enfriamiento a trav7s de los tubos - con la solución pasando por la carcaza# Indistintamente del tipo que se use( 2a solución se enfr1a hasta
mas o menos @/F9 *?FC,( por encima de la temperatura de entrada del $as al absorbedor# Cuando el tanque de venteo tiene un purificador instalado para el $'s combustible( el caudal de solución pobre( despu7s de enfriarla( se divide en dos corrientes( una peque0a que se env1a al tanque de venteo - la diferencia( hacia el tope del contactor# "or lo $eneral( en cada una de las corrientes se instala un controlador de caudal que se usa para indicar el flu%o necesario para re$ular la v'lvula manual ubicada en la desviación Kb-
Dia#rama en 1lo+ues
Dia#rama de 2u3os
CONSIDERACIONES DE DISE4O 2as principales operaciones unitarias que se llevan a cabo durante el proceso
de
endulzamiento
por
absorción
de
$ases 'cidos con
monotanolamina *8EA, son5
Absorción *Absorbedor o Contactor,#
E.pansión *Tanque 9lash,#
Intercambio de Calor *Amina ica ! Amina "obre,#
Desorción *Stripper o Despo%adora,#
Calentamiento de la Amina *eboiler,#
&ombeo de la Amina#
9iltrado de la Amina#
Enfriamiento del $as 'cido#
A1SORCION Absorción es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o mas componentes de una mezcla $aseosa con la a-uda de un solvente liquido( este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa de uno o varios solutos desde la fase $aseosa pasan a la liquida# Esto ocurre en la Contactora0 es un cilindro vertical - esta provista de +/ platos( el $as 'cido in$resa por la parte inferior de la torre# Es en esta torre contactora de amina que se produce la absorción del Co+( para ello el $as flu-e en dirección vertical ascendente a trav7s de los platos la amina in$resa por la parte superior de la torre a una temperatura N 9 ma-or que la temperatura de entrada del $as para evitar la condensación de hidrocarburos dentro de la torre# Entonces se produce el contacto entre estos fluidos - la amina sale por la parte inferior de la torre - el $as por el tope de la torre# En esta torre ocurre la transferencia de masa( -a que el $as pierde sus impurezas como el C;+ - se da la reacción5 +¿+ calor ¿
−¿+ RNH 3
¿
2 RNH 2+ CO2 → RNHCOO
Oue es la reacción de una amina primaria como la monoetanolamina con el dió.ido de carbono( da como resultado la formación de un Carbamato( la
reacción tiene asociada una liberación de calor i$ual a / &T=!lbmol de dió.ido de carbono( - por ende las temperaturas internas de la torre superan los +//9( para las condiciones del proceso# Esta es una reacción e.ot7rmica# 2a Temperatura de absorción es un par'metro mu- importante -a que controla la competencia entre el equilibrio termodin'mico - la absorción limitada cin7ticamente# "ara el caso particular del C;+( un aumento en la temperatura $eneralmente aumenta en ma-or medida los efectos cin7ticos en relación con la disminución de la solubilidad# Sin embar$o( lue$o de una cierta temperatura la solubilidad domina los efectos cin7ticos# 2a modificación de este par'metro influ-e no solo en la cantidad de C;+ - )+S absorbido sino tambi7n en las p7rdidas de a$ua - aminas -a que estas aumentar'n a medida que aumente la temperatura de absorción# "ara el dise0o - operación del equipo de absorción( se ha aconse%ado por muchos a0os mantener una temperatura de apro.imación de @/ F9 * FC,# Esta temperatura de apro.imación se define como la diferencia de temperatura entre la corriente de $as 'cido - la corriente de amina pobre# Esta re$la de FC se utiliza para evitar la condensación de hidrocarburos superiores en el absorbedor con las consi$uientes p7rdidas que esto produce( m's la contaminación de la solución de aminas con hidrocarburos# El bio$'s contiene solamente metano el cual no es condensable a las condiciones de operación( por lo que no fue necesario respetar esta re$la de oro de los procesos tradicionales de $as natural# Adem's( es bien conocido que en muchos casos disminuir la temperatura del absorbedor
puede
aumentar su eficiencia( especialmente para el caso de las aminas primarias secundarias que cuentan con una peque0a participación cin7tica#
;tros de los principios b'sicos - cr1ticos en el dise0o del equipo de absorcióneneralmente la fuerza del solvente se mide como una base porcentual m'sica *QtB, de la solución -a que de esta forma los resultados son m's f'ciles de medir e interpretar# Sin embar$o( cuando se comparan las fuerzas relativas de las diferentes aminas( es necesario considerar el peso molecular de las mismas para comprender cu'l es la verdadera capacidad hacia los $ases 'cidos# Cada mol de )+S reacciona con un mol de amina( por lo que la capacidad real de e.tracción de $as 'cido de cada amina est' relacionada con el n:mero de moles de amina que se encuentran por unidad de volumen de circulación de la solución# Dichos autores afirman que la molaridad *mol!lt, es la medida que se deber1a utilizar para determinar la capacidad de las soluciones de aminas de e.traer $ases 'cidos# 2os valores de molaridad de las soluciones analizadas se e.presan en la Tabla #
Adicionalmente( la fuerza b'sica relativa es otro aspecto a tener en cuenta para analizar la potencia de una solución de aminas# Cuanto ma-or es la fuerza b'sica( ma-or es la afinidad para remover $ases 'cidos# 2a contante de acidez pRa es la medida que normalmente se utiliza para medir la fuerza b'sica relativa de varias soluciones de tratamiento de $as# 2os valores de pRa de las soluciones de aminas analizadas se relacionan de la si$uiente manera5 8DEA DEA 8EAD>A#
Estas :ltimas aclaraciones permiten entender porqu7 los ma-ores niveles de purificación se obtuvieron con la D>A - porqu7 para lo$rar estos niveles de purificación se necesita menores caudales - por lo tanto menor calor en el vaporizador# Similares resultados fueron obtenidos en la purificación de $ases de combustión( incluso aunque la composición molar de C;+ en este caso fue bastante menor * B,*6uchitprasittichai - Cremaschi( +/@@,#
E5PANSION Tanques de venteo o flash tank( son recipientes utilizados para separar el $as que se produce cuando se e.pande un liquido# En esta industria se conoce como KflashL al cambio s:bito que sufre un fluido cuando la presión desciende s:bitamente# As1( al tumbar la presión del fluido se producir' una separación de fases( las cuales ser'n separadas amina rica - $as *mezcla de $as natural con alto contenido de C;+,
INTERCA)1IO DE CALOR A trav7s de $randes tubos met'licos e.iste una transferencia de ener$1a( dada la diferencia de temperaturas que e.iste entre las distintas corrientes de aminas( esta ser' proporcional al tiempo de contacto - a las impurezas que recubran las paredes de los intercambiadores de calor#
DESORCION Es la operación unitaria opuesta a la absorción( en la cual e.iste una transferencia de masa desde la fase liquida hacia la fase $aseosa#
CALENTA)IENTO DE LA A)INA "ara calcular el caudal de reciclo es necesario que el mismo cumpla con la condición de apro.imación al m7todo de equilibrio# Esta apro.imación se basa en la premisa de que la m'.ima car$a de la solución rica est' dada por el equilibrio con el $as de alimentación en las condiciones del fondo del absorbedor# Dado que este m'.imo teórico no puede ser alcanzado en el equipo en la pr'ctica( se asume una apro.imación del H/</B# Esta apro.imación puede ser considerada tanto en t7rminos de la solución rica con una presión de vapor del $as 'cido variando entre el H/</B de la presión parcial del mismo en la alimentación( o bien( en t7rminos de la solución rica con una car$a de $as 'cido entre el H/</B de la car$a en el
equilibrio con el $as de alimentación *Rohl - 6ielsen( @H,# "or lo tanto( el caudal de reciclo *que es realmente la tasa de recirculación de la amina en el sistema, al respetar la apro.imación al m7todo de equilibrio $arantiza que el sistema ten$a la capacidad de responder ante incrementos de la concentración de $as 'cido en la alimentación( sin disminuir la cantidad de metano obtenido en el $as purificado#
2a ener$1a requerida para invertir el calor de reacción es mu- peque0a *@< /B, cuando se la compara con la cantidad de calor requerido para aumentar la temperatura de la solución en el re$enerador *Penkins - )aQs( +//@,# "or lo tanto para optimizar la ener$1a utilizada es necesario optimizar la tasa de circulación( ma.imizando la potencia de cada unidad de volumen circulado# Como se puede observar en la Tabla @( el proceso que requiere menor caudal es el que utiliza D>A */ $pm,( mientras que el proceso con 8EA es el que consume la ma-or tasa de circulación *@+/ $pm,# El calor utilizado por el rehervidor es otro par'metro que se tuvo en cuenta para comparar los diferentes sistemas de endulzamiento con aminas# Estos datos se detallan en la Tabla H# Se puede observar que los procesos que consumen la menor cantidad de calor son lo que utilizan D>A - las mezcla de aminas 8DEAU8EA( mientras que el proceso que utiliza :nicamente 8DEA es el que ma-or cantidad de calor consume#
FILTRADO DE LA A)INA Se denomina filtración al proceso unitario de separación de solidos en suspensión en un liquido mediante un medio poroso( que retiene los solidos permite el pasa%e del liquido# Este es un proceso cr1tico durante el proceso de re$eneración de la amina( -a que la presencia de estos solidos indeseables puede provocar espumas o de$radación de la misma( se recomienda una filtración en dos etapas que remuevan part1culas de un tama0o de hasta micrones#
1O)1EO DE LA A)INA =n equipo de bombeo es un transformador de ener$1a mec'nica que puede proceder de un motor el7ctrico( t7rmico( etc# 4 la convierte en ener$1a( que un fluido adquiere en forma de presión( de posición - de velocidad - se ri$e mediante las ecuaciones fundamentales de la mec'nica de fluidos# El l1quido del tanque de abastecimiento pasa a la bomba( la cual aumenta lapresión de la solución pobre de tal manera que pueda entrar en el absorbedor# "or lo $eneral esta bomba es del tipo de desplazamiento positivo# El caudal se re$ula desviando una porción del l1quido de descar$a de la bomba hacia una v'lvula de control manual ubicada en la solución de la bomba#
ENFRIA)IENTO DEL 6AS ACIDO Con una capacidad de transferencia de calor de @@( 88&T=!hora( en el cual se enfr1an los $ases 'cidos de tope *)+S(C;+( trazas de amina, %unto con la mezcla amina
ASPECTOS ECONO)ICOS El proceso de endulzamiento por 8onoetanolamina no es un ciclo perfecto( e.isten perdidas principalmente de a$ua - de aminas# Estas perdidas -a sean por de$radación de la amina( contaminación con compuestos indeseados( vaporización( o por fu$as dentro del circuito de re$eneración de la amina pueden representar cuantiosas p7rdidas económicas para la empresa# "or este motivo hacemos una breve consideración económica#
2a monoetanolamina es una de las aminas m's económicas en comparación con el resto( como vemos en el recuadro tiene un costo apro.imado de /(V por libra( pero tambi7n tiene consideraciones operativas comple%as que de no cumplirse pueden transformarse en perdidas de aminas durante el proceso( que conlleva hacer un an'lisis mas detallado sobre si es mas conveniente
usar otra amina mas cara en precio pero que ten$a menor de$radación en la planta( - por lo tanto menores costos operativos# 2as perdidas de amina( por lo $eneral se producen cuando se permite que la solución se contamine con todo tipo de impurezas# 2amentablemente la amina pa$a las consecuencias por todos los problemas que ocurren en diferentes plantas que forman parte del circuito# Solamente cuando la amina se car$a de contaminantes o cuando la unidad esta mal dise0ada( mal operada o mal mantenida es cuando aparecen los problemas# "or citar un e%emplo( en una unidad de endulzamiento en Wenezuela *98A4< , se tenia un consumo de @/ tambores de 8EA!mes * $al!tambor, es un valor t1pico reportado en el manual de operación de la planta *dise0o5 @// tambores de 8EA, - es que los valores de consumo mes actualmente alcanzan @+( @/ - en ocasiones mas de +// tambores!mes# Esto se traduce en perdidas de hasta @?// V!mes a un costo del tambor de 8EA en @? V# 2a perdida de 8EA se ha convertido en un problema operacional serio - costoso teniendo como principal razón la de$radación de la amina# ;tro aspecto económico a tomar en cuenta a la hora de seleccionar el tipo de amina a ser utilizada durante el proceso de endulzamiento( es el dimensionamiento - tama0o de los equipos( por supuesto que esto esta en función del caudal de $as que desea ser tratado( pero se puede definir ciertas caracter1sticas de acuerdo al tipo de amina#D>A - 8DEA requieren equipamiento de casi la mitad del tama0o( pero la D>A - la 8DEA son m's caras que la 8EA - la DEA# =sualmente( las plantas de 8EA - DEA son m's económicas de construir - operar para caudales de amina de hasta @// l!min *+ >"8,( para caudales m's altos son m's recomendables las plantas D>A - 8DEA #
,ef. 1otografia: "ro-ecto# 2a $estión para desarrollar la planta de 4apacan1 se inició en +//#
2a empresa filial de 4"9& Corporación( 4"9& Andina puso en marcha la planta de a%uste de punto roc1o de hidrocarburos con una ampliación en su capacidad de proceso de millones de pies c:bicos 88pcd *@ millón de metros c:bicos( 88mcp, a H/ millones de pies c:bicos *+ 88mcd,( con una inversión de Vus + millones# 2a subsidiaria espera concluir en a$osto de +/@+ la se$unda fase de la ampliación de esta planta( para lle$ar a procesar @/ 88pcd con una inversión de Vus @H millones( se$:n informó el $erente de in$enier1a pro-ectos de 4"9& Andina( Pos7 Andr7s Dom1n$uez# Adicionalmente( se dispuso la provisión e instalación de una planta de endulzamiento de $as con aminas con una capacidad de @? 88pcd destinada a e.traer el e.ceso de dió.ido de carbono *C;+, del $as natural del reservorio Sara de pozos del campo 4apacan1# Con este procedimiento se dispondr' de ma-ores vol:menes de $as para su procesamiento en la nueva planta de D""# 2a inversión total en ambos módulos *D"" - planta de aminas, alcanza a los + millones de dólares#
2a capacidad de la planta de 4apacan1 superar' los H/ 88pcd( lo que le permitir' constituirse en un centro recolector de hidrocarburos de los campos 4apacan1( &oquerón - "atu%:( adem's de otros que Andina va-a incorporando dentro de sus planes de desarrollo( perforación e intervención# Se encuentra ubicada a + kilómetros al norte de la ciudad# En el desarrollo del monta%e de la planta traba%aron alrededor de @/ personas - su construcción demoro + dias calendario# Actualmente la planta es operada por unas / personas que doblan turnos dado que tienen que mantener las + horas funcionando la planta#2a sala de control es operada por un especialista en el sistema Delta &( EdQin Willalba#
CONCLUSIONES Y RECO)ENDACIONES El proceso de endulzamiento consiste en el despo%amiento del $as acido( con el fin de prote$er la inte$ridad - vida :til de los equipos de superficie( $asoductos( etc# "ara su posterior transporte( - lo$rar cumplir las normas especificaciones requeridas atendiendo las e.i$encias de los mercados destino# 2as soluciones de monoetanolaminas son apreciablemente m's corrosivas que las soluciones con otras aminas( especialmente si la
concentración de aminas e.cede el +/B# Se debe tomar en cuenta la composición del $as a$uas arriba - a$uas deba%o de la planta para verificar el rendimiento del proceso#
2a car$a de $as 'cido se debe limitar entre /( < /( moles de $as 'cido por moles de amina en equipos de acero al carbón# Sin embar$o( si$uen siendo el solvente preferido en corrientes de $as que contienen ba%as concentraciones de )+S - C;+ - especialmente cuando est'n presentes contaminantes no menores como C;S -
CS+( como es el caso del $as natural boliviano# El ba%o peso molecular de las monoetanolaminas *que resulta en una alta capacidad de la solución a moderadas concentraciones,( su alta alcalinidad - la relativa facilidad con que se pueden re$enerar las soluciones contaminadas son venta%as que en muchos casos
contrarrestan las desventa%as# 2a selección de un proceso de endulzamiento requiere de un minucioso an'lisis de las caracter1sticas del $as quese quiere tratar de las condiciones deseadas para el $as tratado# Desde( lue$o esnecesario hacer una evaluación de la composición del $as( del caudal( de lascondiciones clim'ticas( re$ulaciones ambientales# Cada uno de los par'metrosse0alados interviene directamente en el proceso - afecta de manera diferente a uno u otro tipo de solución